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《重庆大学》 2004年
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特殊场地上的土-结构共同作用初步研究

王一功  
【摘要】:在各国科研工作者的努力下,在土-结共同作用的研究上已经取得了很多宝贵的结论。但大多数研究是针对平坦场地上的情况,而对于各类特殊的局部地形可能对结构动力特性造成的影响,目前的研究还不是很充分。但我国是一个多山地、丘陵的国家,许多房屋是修建于各类特殊场地上的。因此研究位于各类特殊场地上的结构的地震反应有着重要的意义。 以往进行土-结共同作用分析的程序通常缺乏很好的前后处理,难以进行大量算例的计算研究和在工程实际中推广应用。因此,本文针对广泛使用的通用有限元程序ANSYS进行了二次开发,引入了多次透射边界。经证明,二次开发后的ANSYS可以很好的模拟场地的无限性,并极大地降低了计算规模。 由于特殊地形种类繁多,本文主要分析了两类常见的特殊地形上的框架结构:倾斜基岩上的框架和适应地表起伏而修建的多层接地框架。 在研究中发现,由于考虑土-结共同作用后,结构各阶自振频率降低,高阶自振频率将更接近地震波的卓越频率;同时由于覆盖土层对地震波的影响,可能在接近结构高阶自振频率的频段对地震波产生放大作用。因此考虑土-结共同作用后,结构的高阶振型在地震反应中的参与程度提高;可能在结构的地震反应傅立叶谱中形成双峰;并使地震反应沿结构高度的分布不再沿直线变化,而呈锯齿状分布。 由于倾斜基岩将降低土层对地震波的放大作用,但基本不改变地基的卓越频率。因此倾斜基岩将会抑制上部结构的地震反应;而倾斜基岩上结构的地震反应分布将比相应平坦基岩上结构的地震反应分布更接近直线形分布,但变化形状基本相同。 有两个因素对多层接地框架的频率变化产生影响:一个是陡坎本身随着高度的增加而自振频率降低的趋势;另一个因素是由于位于陡坎上部的那部分框架层数减少,框架本身变刚而产生的自振频率增加的变化趋势。当陡坎弹性模量较大时,第二个影响因素占主导地位,当陡坎弹性模量较小时,第一个影响因素占主导地位。 由于位于陡坎上部的那部分框架的鞭梢效应的影响,多层接地框架的地震反应中引入了较多的高频分量。陡坎较刚时,引入的高频分量较多,陡坎较柔时,引入的高频分量较少。 陡坎高度越高、位于陡坎下部的框架跨数越少,则多层接地框架与对应普通框架的地震反应差异越大。但这种差异既可能是多层接地框架的地震反应大于对 WP=5 应的普通框架,也可能小于对应的普通框架。当输入的地震动高频成分较多、陡坎弹性模量较小时,则趋向增大地震反应,而输入地震动的高频成分较少、陡坎弹性模量较大时,则趋向减小地震反应。并且陡坎刚度会影响框架内力分布。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TU470

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